牛顿冷却定律
牛顿冷却定律
牛顿冷却定律牛顿冷却定律牛顿冷却定律（Newton's law of cooling)：温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。
牛顿冷却定律是牛顿在1701年用实验确定的，在强制对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。
是传热学的基本定律之一，用于计算对流热量的多少。
如图所示：温差Δt＝|tw-tf|q＝hΔtΦ＝qA＝AhΔt＝Δt/(1/hA)其中的1/hA 称为对流传热热阻字母代码：q为热流密度h为物质的对流传热系数Φ为传热量A为传热面积冷却定律对于同一物体温度下降的速率,牛顿做过研究,并发现同一物体在外部介质性质及温度相同,本身性质及表面积相同时,物体冷却的速率只与外部与物体的温差有关.一个较周围热的物体温度为T,忽略表面积以及外部介质性质和温度的变化.它的冷却速率(dT/dt)与该物体的温度与周围环境的温度C的差(T-C)成正比.即dT/dt=-k(T-C).其中,t为时间,k为一个常数.计算方法是:对 dT/dt=-k(T-C) 进行积分,得ln(T-C)=-kt+B(B为积分常数)(T-C)=e^(-kt+B) (1)设t=0,也就是物体的初温,(1)变成(T0-C)=e^B然后代入 (1) 得T=C+(T0-C)^(-kt)算出B与k,代入t的值,就可以算出某个时间物体的温度.冷却定律推导出来,在忽略表面积以及外部介质性质和温度的变化,物体温度变化是越来越慢的.一、对权威的牛顿冷却定律提出挑战中学生姆潘巴的精心观察对权威的牛顿冷却定律提出挑战我（姆潘巴）在坦桑尼亚的马干巴中学读三年级时，校中的孩子们做冰淇淋总是先煮沸牛奶，待到冷却后再倒入冰盘，放进电冰箱。
为了争得电冰箱的最后一只冰盘，我决心冒着弄坏电冰箱的风险而把热牛奶放进去了。
一个多小时以后，我们打开电冰箱，里面出现了惊人的奇迹：我的冰盘里的热牛奶已结成坚硬的冰块，而他们的冰里还是稠稠的液体。
牛顿冷却定律的实验研究与解释
牛顿冷却定律的实验研究与解释牛顿冷却定律是描述物体温度变化的一种经验定律，即物体的温度变化速率与其与外界环境的温度差成正比。
这个定律的研究对于了解热传导和热辐射等物理现象有着重要意义。
下面我们将通过一个实验来验证和解释牛顿冷却定律。
实验材料和方法：1. 一个具有较高温度的物体，如一杯热水。
2. 一个温度计，用来测量物体的温度。
3. 一个计时器，用来测量时间。
4. 外界环境的温度，可以通过室温来代替。
实验步骤：1. 准备好热水和温度计。
2. 测量热水的初始温度，记录下来。
3. 在测量温度之后，立即开始计时，并每隔一段时间测量一次热水的温度，并记录下来。
4. 继续进行温度测量直到热水的温度与外界环境的温度相等。
5. 根据测量结果绘制温度和时间的图表。
实验结果和解释：实验结果显示，热水的温度随着时间的推移而逐渐降低，而且降温速率越来越慢。
这与牛顿冷却定律的描述一致。
牛顿冷却定律可以用数学公式来表示：dT/dt = -k(T - T0)其中，dT/dt表示温度随时间的变化速率，T表示物体温度，T0表示外界环境的温度，k为常数。
根据这个公式，可以得出以下结论：1. 温度变化速率与温度差成正比：当温度差越大时，变化速率越快；反之，变化速率越慢。
这是因为温度差越大，物体和外界环境之间的热交换越强烈，物体的温度就会越快地接近环境的温度。
2. 温度变化速率与时间成反比：随着时间的推移，物体的温度差减小，因此变化速率会变得越来越小。
结论：通过这个实验，我们验证了牛顿冷却定律，并进一步解释了其物理含义。
牛顿冷却定律对于研究物体的温度变化和热传导等现象具有重要的实际应用价值，在工程和科学领域都有广泛的应用。
同时，通过以上的实验和解释，我们可以更好地理解和分析物体的热传导和热辐射等热学现象。
在探究牛顿冷却定律时，我们需要考虑以下因素对实验结果的影响：1. 物体的表面积：牛顿冷却定律的证明与实践常常需要考虑物体的表面积。
表面积越大，物体与外界环境的接触面积就越大，热交换也就越快，使物体的温度降低得更快。
牛顿冷却定律
牛顿冷却定律科技名词定义中文名称：牛顿冷却定律英文名称：Newton cooling law定义：对流换热时，单位时间内物体单位表面积与流体交换的热量，同物体表面温度与流体温度之差成正比。
应用学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布牛顿冷却定律牛顿冷却定律（Newton's law of cooling)：温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。
牛顿冷却定律是牛顿在1701年用实验确定的，在强制对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。
是传热学的基本定律之一，用于计算对流热量的多少。
目录展开编辑本段定义如图所示：温差Δt＝|tw-tf|q＝hΔtΦ＝qA＝AhΔt＝Δt/(1/hA)其中的1/hA 称为对流传热热阻字母代码：q为热流密度h为物质的对流传热系数Φ为传热量A为传热面积一个热的物体的冷却速度与该物体和周围环境的温度差成正比。
分析即 -dT/dt=(T-Tc)/τ式中，-dT/dt——物体的温度随时间下降的速度，负号表示物体的温度是下降的τ——物体的温度从T 下降到环境温度Tc实际所需要的弛豫时间在微分条件下，-dT/dt和(T-Tc)/τ是微线性关系。
这是微线性思维的典范之一。
牛顿冷却定律的这个微分方程没有考虑物体的性质，所以这不是物性方程式。
它只是关于一个假想物体，其温度随时间单纯下降的一个数学微分方程。
与其叫“牛顿冷却定律”，毋宁叫“牛顿冷却定理”更准确。
不过，这个明显的缺点，反而是最大的优点。
它的无比抽象性在宣告：“这是任何物体冷却的共同遵守的数学规律！”。
实验表明物体的温度随时间下降的速度和物体的结构以及理化性质并非完全无关。
尤其是急速冷却的条件下，我们可以修改线性“牛顿冷却定理”，给它添加若干个非线性的项就可以了解决实际问题了。
牛顿冷却定律 指数函数是什么
牛顿冷却定律指数函数是什么牛顿冷却定律是描述物体温度变化的经典定律之一，它指出了物体的温度随时间的变化规律。
根据牛顿冷却定律，当一个物体与周围环境接触时，它的温度会随着时间的流逝而不断降低，而降温的速度与物体的温度差成正比。
牛顿冷却定律可以用一个简单的指数函数来表示，即T(t) = T0 * e^(-kt)，其中T(t)表示物体在时间t时的温度，T0表示物体的初始温度，k为一个常数，e为自然对数的底数。
这个指数函数的特点是随着时间的增加，温度以指数的形式逐渐下降。
牛顿冷却定律的应用非常广泛。
比如在烹饪过程中，我们常常需要控制食物的温度，以确保食物的熟度和口感。
根据牛顿冷却定律，我们可以通过调整烹饪的时间和温度来控制食物的温度变化，从而达到理想的效果。
另一个应用牛顿冷却定律的领域是工程领域中的散热问题。
许多电子设备在工作时会产生大量的热量，如果不及时散热，就会导致设备的过热，影响正常运行甚至损坏设备。
牛顿冷却定律可以帮助工程师计算设备的散热速率和温度变化，从而设计出有效的散热系统，确保设备的稳定运行。
牛顿冷却定律也在环境科学领域中有重要应用。
例如在气象学中，我们经常需要预测地球表面的温度变化，以便更好地理解和预测气候变化。
牛顿冷却定律可以帮助我们建立气温模型，从而预测不同地区的温度变化情况。
牛顿冷却定律的应用还涉及医学领域。
在体温测量中，我们使用温度计来测量人体的温度。
根据牛顿冷却定律，我们可以根据测量的温度数据来推断人体内部的温度变化，从而判断人体的健康状况。
牛顿冷却定律是研究物体温度变化的重要定律，它在许多领域都有广泛的应用。
通过理解和应用牛顿冷却定律，我们可以更好地控制和利用温度变化，从而达到我们的目标。
无论是在烹饪、工程、环境科学还是医学领域，牛顿冷却定律都发挥着重要的作用，为我们的生活和工作带来了便利和进步。
牛顿冷却公式的应用方法
牛顿冷却公式的应用方法一、牛顿冷却公式简介牛顿冷却公式是描述物体在热传导过程中温度变化的一种数学表达式。
公式如下：Q = mcΔT其中，Q表示热量，m表示物体的质量，c表示物体的比热容，ΔT表示物体的温度变化。
二、牛顿冷却公式的应用场景1.物体降温过程分析利用牛顿冷却公式，我们可以分析物体在散热过程中的降温规律。
例如，在自然环境中，物体表面的热量会不断向周围空气传递，使物体温度逐渐降低。
通过计算物体与环境之间的热交换量，可以了解物体降温的速度和最终温度。
2.环境温度对物体冷却的影响环境温度对物体的冷却速度有重要影响。
在气温较高的环境下，物体冷却速度较快；而在气温较低的环境下，物体冷却速度较慢。
利用牛顿冷却公式，可以分析不同环境温度下物体的冷却特性。
3.物体表面粗糙度与冷却速度的关系物体表面的粗糙度会影响热传导速度，从而影响冷却速度。
通过修改牛顿冷却公式，可以分析物体表面粗糙度对冷却速度的影响。
4.实际应用案例分析（1）散热器设计利用牛顿冷却公式，可以优化散热器的设计，提高散热效率。
例如，在计算机散热器设计中，通过计算散热器材质、尺寸和环境温度等因素，确定最佳散热方案。
（2）冷却系统优化在工业生产中，许多设备的冷却系统都可以利用牛顿冷却公式进行优化。
通过调整冷却水的流量、温度和流速，可以降低设备运行温度，提高设备寿命和效率。
（3）节能减排方面的应用利用牛顿冷却公式，可以分析建筑物、交通工具等大型设备的能耗和热岛效应。
通过优化建筑布局、绿化、节能材料等手段，降低能耗，实现减排目标。
三、牛顿冷却公式在工程领域的应用1.散热器设计利用牛顿冷却公式，可以计算散热器的热交换能力，为散热器设计提供理论依据。
通过优化散热器材质、尺寸和结构，提高散热效率，降低设备运行温度。
2.冷却系统优化在工业生产中，许多设备的冷却系统都可以利用牛顿冷却公式进行优化。
通过调整冷却水的流量、温度和流速，降低设备运行温度，提高设备寿命和效率。
傅里叶定律与牛顿冷却定律
傅里叶定律是法国著名科学家傅里叶在1822年提出的热力学定律。
这个定律意味着在导热过程中，单位时间内通过给定截面的传热量与温度变化率和垂直截面方向上的截面积成正比，而传热方向与温度上升方向相反。
热传导定律，也称为傅里叶定律，表明在单位时间内通过给定截面的热量与截面方向上的温度变化率和截面积成正比，而热传导方向与温度上升方向相反。
牛顿的冷却定律是傅里叶定律的离散延伸，而欧姆定律是傅里叶定律的电学延伸。
牛顿的冷却定律: 温度高于周围环境的物体，在向周围介质传递热量并逐渐冷却时遵循的定律。
当物体表面与周围环境存在温差时，单位时间内散发的热量与温差成正比，这个比例系数称为传热系数。
牛顿的冷却定律是由牛顿在1701年的实验确定的。
这与强制对流的实际情况很吻合，只有在自然对流温差不太大的情况下才适用。
傅里叶定律是计算对流换热的基本定律之一，傅里叶定律是热传导的基础。
它不是从能量守恒定律推导出来的数学表达式，而是基于实验结果的实验式。
同时，傅里叶定律定义了材料的一个关键物理性质，热导率，此外，如上所述，傅里叶定律是一个矢量表达式。
热流密度垂直于等温面，并沿着降温方向变化。
傅里叶定律适用于所
有物质，不论其状态(固体、液体或气体)。
牛顿冷却定律k的值
牛顿冷却定律k的值牛顿冷却定律是描述物体在接触到冷热介质时温度变化的规律。
其中，k是牛顿冷却定律中的比例常数，它反映了物体与周围介质之间的热交换速率。
本文将从牛顿冷却定律中k的值的角度来探讨冷却速率与各种因素之间的关系。
我们需要了解牛顿冷却定律的表达式：ΔT/Δt = -k(T - Tm)，其中ΔT/Δt表示温度变化的速率，T表示物体的温度，Tm表示周围介质的温度。
根据这个表达式，我们可以看出k的值越大，物体的冷却速率越快。
接下来，我们来探讨k值与物体的性质之间的关系。
首先是物体的表面积。
表面积越大，物体与周围介质之间的接触面积就越大，热交换速率就越快，从而k值就越大。
例如，一个小球和一个大球，它们的体积相同，但是小球的表面积比大球大，因此小球的冷却速率更快，k值也更大。
其次是物体的质量。
质量越大，物体所含的热量也就越大，因此冷却速率就越慢，k值也就越小。
例如，一个铁块和一个铝块，它们的体积相同，但是铁的密度比铝大，因此铁的质量也更大，冷却速率更慢，k值也更小。
再次是物体的材质。
不同材质的物体对热的传导能力不同，因此它们的冷却速率也不同，k值也就不同。
例如，金属的导热性能比塑料好，因此金属的冷却速率更快，k值也更大。
周围介质的性质也会影响k值的大小。
周围介质的温度差异越大，物体的冷却速率就越快，k值也越大。
例如，将物体放入冰水中与放入室温水中进行冷却，显然前者的冷却速率更快，k值更大。
还有一个重要的因素是物体的初温和周围介质的温度差。
当物体的初温与周围介质的温度差越大时，冷却速率越快，k值也越大。
例如，将一个热水壶放在室温环境中，刚开始的冷却速率很快，但随着时间的推移，温度差越来越小，冷却速率也会逐渐减慢。
牛顿冷却定律中的k值与物体的表面积、质量、材质，以及周围介质的温度差异和物体的初温等因素密切相关。
通过调整这些因素，我们可以改变物体的冷却速率，进而控制k值的大小。
人们可以根据具体的应用需求，在工程设计和科学实验中灵活运用牛顿冷却定律，以实现预期的效果。
牛顿冷却定律——数学物理方程
用牛顿（Newton）冷却定律来捉拿嫌疑犯！！！2011-08-30 14:20:11| 分类：科学-技术-工程|举报|字号订阅牛顿（Newton）冷却定律与嫌疑犯确定牛顿冷却定律指出，当系统与环境的温度差（不超过10~15℃）不大时，系统温度的变化率与系统温度和环境温度之差成正比。
其数学表达式为dT/dt=k(T-T0)(1)式中：T是系统的温度，T0为环境的温度，t为客观时间，k为散热系数，k只与系统本身有关。
利用牛顿冷却定律可为侦破工作提供有力可靠的科学依据。
实例如下某被害者的尸体于晚上7:30被发现，法医于晚上8:20赶到暗杀现场，测得尸体温度为32.6摄氏度；一小时后，当尸体即将被抬走时，测得尸体温度为31.4摄氏度，室内温度在几小时内始终保持在21摄氏度。
此案最大的嫌疑犯是张某，但张某声称自己无罪，并有证人说：“下午张某一直在办公室上班，5:00时打了一个电话后离开办公室”。
从张某的办公室到被害者家步行需5分钟，根据上述信息判断张某是不是杀人犯？人体体温受大脑神经中枢调节，人死后体温调节功能消失，尸体的温度受外界环境温度的变化而变化。
将尸体看成是一系统，环境为死者的家，此时尸体温度的变化服从牛顿的冷却定律。
设T(t)表示t时刻尸体的温度，并记晚上8:20为t=0时刻。
则根据实测数据有T(0)=32.6℃，T(1)=31.4℃假设受害者死亡时体温是正常的，即T(0)=37℃，要确定受害者死亡时间，即求T(t)=37℃的解。
该时刻T(0)张某如果不可能到达死者家，则他被排除在嫌疑犯之外。
由（1）式得其通解T(t)=T0+C*e kt，(2)式中T0=21.1℃为被害者家的温度，即环境温度。
根据（2）式确定常数C *和散热系数K，于是有T（0）=21.1+C*e ktT（1）=21.1+C*e kt解方程组得，C*=11.5K=In115-In103=0.11因此（2）式化为T（t）=21.1+11.5e^0.11t当T(t)=37℃时，即21.1+11.5e^0.11t=37求得方程的解为t=2.95小时约为2小时57分所以，被害者的死亡时间约为：8小时20分减去2小时57分=5小时23分，即被害者的死亡时间约在下午5:23。
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牛顿冷却定律牛顿冷却定律（Newton's law of cooling)：温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比，比例系数称为热传递系数。
牛顿冷却定律是牛顿在1701年用实验确定的，在强制对流时与实际符合较好，在自然对流时只在温度差不太大时才成立。
是传热学的基本定律之一，用于计算对流热量的多少。
如图所示：温差Δt＝|tw-tf|q＝hΔtΦ＝qA＝AhΔt＝Δt/(1/hA)其中的1/hA 称为对流传热热阻字母代码：q为热流密度h为物质的对流传热系数Φ为传热量A为传热面积冷却定律对于同一物体温度下降的速率,牛顿做过研究,并发现同一物体在外部介质性质及温度相同,本身性质及表面积相同时,物体冷却的速率只与外部与物体的温差有关.一个较周围热的物体温度为T,忽略表面积以及外部介质性质和温度的变化.它的冷却速率(dT/dt)与该物体的温度与周围环境的温度C的差(T-C)成正比.即dT/dt=-k(T-C).其中,t为时间,k为一个常数.计算方法是:对dT/dt=-k(T-C) 进行积分,得ln(T-C)=-kt+B(B为积分常数)(T-C)=e^(-kt+B) (1)设t=0,也就是物体的初温,(1)变成(T0-C)=e^B然后代入(1) 得T=C+(T0-C)^(-kt)算出B与k,代入t的值,就可以算出某个时间物体的温度.冷却定律推导出来,在忽略表面积以及外部介质性质和温度的变化,物体温度变化是越来越慢的.一、对权威的牛顿冷却定律提出挑战中学生姆潘巴的精心观察对权威的牛顿冷却定律提出挑战我（姆潘巴）在坦桑尼亚的马干巴中学读三年级时，校中的孩子们做冰淇淋总是先煮沸牛奶，待到冷却后再倒入冰盘，放进电冰箱。
为了争得电冰箱的最后一只冰盘，我决心冒着弄坏电冰箱的风险而把热牛奶放进去了。
一个多小时以后，我们打开电冰箱，里面出现了惊人的奇迹：我的冰盘里的热牛奶已结成坚硬的冰块，而他们的冰里还是稠稠的液体。
我飞快地跑去问物理老师，他淡淡地回答说：“这样的事一定不会发生。
”进入高中后，在学习牛顿冷却定律时，我又问物理老师，他同样轻率地否定了我的观察。
我继续述说我的理由，可老师不愿意听，在一旁的同学们也帮着老师质问我：“你究竟相不相信牛顿冷却定律？”我只好为自己辩解：“可定律与我观察的事实不符嘛！”在同学们的讪笑声中，老师带着无可奈何的神情说道：“你说的这些就叫做姆潘巴的物理吧！”从此以后，“姆潘巴的物理”便成了我的绰号，只要我做错一点，同学们就马上说“这是姆潘巴的什么……。
”尽管如此，我仍然坚信我的观察是正确的，其中可能包含着更为深刻的道理。
就在这一年，坦桑尼亚最高学府达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯波恩博士来我校访问，我决心求助于博士，我向他讲述了我的奇遇。
他先是笑了一下，然后认真地听取了我的复述，博士回校后亲自动手并观察到了同一事实。
他高度评价了我的观察，他说：“姆潘巴的观察，事实上提出了权威物理学家可能遇到的危险，同时也对物理教师提出了一个感兴趣的问题。
”论文介绍博士邀请我联名发表一篇论文，登载于《英国教育》，对热牛奶在电冰箱中先行冻结的现象作了介绍和解释。
其主要内容是：1．把牛奶换成水以后再进行观察，发现电冰箱中的热水仍在冷水之前冻结成冰。
2．把热水放入电冰箱冷却时，水的上表面（S）与底部（B）之间存在着显著的温度差。
缓慢冷却时的温度差几乎是观察不到的。
图1-1是初始温度分别为70℃（实线）和47℃（虚线）的水的S-B温度差随时间变化的观测记录图。
从图中可看出，初始时，上表面与底部不存在温度差，但一经急剧冷却，温度差就立即出现，其中初温为70℃的水内产生的最高温度差接近14℃,而初温为47℃的水内产生的最高温度差只有10℃左右，这就是我们所观察到的冷、热水在急剧冷却时的重大差别。
相关解释在以上定量观测的基础上，我们对热牛奶（或热水）先冻结的现象作出如下解释：1．冷却的快慢不是由液体的平均温度决定的，而是由液体上表面与底部的温度差决定的，热牛奶急剧冷却时，这种温度差较大，而且在整个冻结前的降温过程中，热牛奶的温度差一直大于冷牛奶的温度差。
2．上表面的温度愈高，从上表面散发的热量就愈多，因而降温就愈快。
基于以上两方面的理由，热牛奶以更高的速度冷却着，这便是热牛奶先冻结的秘密。
除了作出热牛奶先冻结的解释外，我们还大胆地类推出一个有趣的“猜想”：在发生严重冰冻的日子里，热水管应该先于冷水管发生冻结，是不是这样呢？由于我们生活在赤道附近的坦桑尼亚，这里气候四季炎热，难以观察到这十分有趣的现象，欢迎能观察到这一现象的中学朋友们，为我们提供信息，共同讨论。
自从我们的文章发表后，世界上很多科学杂志都刊登了这一自然现象，认为这是对牛顿冷却定律的严峻挑战。
而且还以我的名字把这一自然现象命名为“姆潘巴效应”。
这真叫人不好意思呀！二、反思中学生姆潘巴观察到的现象，可能好多人都遇到过，但是为什么会发生姆潘巴的同学不相信，老师不相信，甚至连物理学博士听后也还是“先笑了一下”呢？他们可能是这样思考的：冷牛奶从初温开妈到冻结所需时间为t1，热牛奶冷却到初温所需时间t2，则热牛奶从初温开始到冻结所需的全部时间为t1+t2。
显然有（t1+t2）>t1.由上式可以推导出如下结论：热牛奶先冻结的现象不可能发生。
如果发生了热牛奶先冻结的现象，则必然导出（t1+t2）<t1的结论，这似乎是荒谬的。
正因为上述貌似正确的推理支配着人们的头脑，所以不少的人不但自己不去观察，甚至连别人观察到的事实也不敢相信。
这种不尊重观察的态度，往往使真理从自己的鼻尖下面悄悄溜走，这难道不值得立志从事科研工作的人们引以为戒吗？事实上，在一般实验条件下，热水会比冷水更快结冰。
这种现象违反直觉，甚至连很多科学家也感到惊讶。
但它的确是真的，曾在很多实验观察和研究过。
虽然在经过亚里斯多德、培根，和笛卡儿[1- 3] 三人的介绍后，此现象已被发现了几个世纪，但却一直没有被引入现代科学。
直至1969年，才由坦桑尼亚的一间中学的一个名叫Mpemba 的学生引入现代科学。
这个效应早期发现史，和后期Mpemba 再发现的故事－－尤其是后者，都是充满戏剧性的寓言。
寓意人们在判断什么是不可能时，别过于仓促。
这一点，下面会说到。
Mpemba 效应热水比冷水更快结冰的现象通常叫「Mpemba 效应」。
无疑地，很多读者对这一点很怀疑，因此，有必要先明确地指出，什么是Mpemba 效应。
有两个形状一样的杯，装着相同体积的水，唯一的分别是水的温度。
现在将两杯水在相同的环境下冷却。
在某些条件下，初温较高的水会先结冰，但并不是在任何情况下，都会这样。
例如，99.9° C 的热水和0.01°C 的冷水，这样，冷水会先结冰。
Mpemba 效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下，都可看到。
这似乎是不可能的，不少敏锐的读者可能已经想出一个方法，去证明它不可能。
这种证明通常是这样的：30° C 的水降温至结冰要花10 分钟，70° C 的水必须先花一段时间，降至30°C，然之后再花10 分钟降温至结冰。
由于冷水必须做过的事，热水也必须做，所以热水结冰较慢。
这种证明有错吗？这种证明错在，它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。
但事实上，除了平均温度，其它因素也很重要。
一杯初始温度均匀，70° C 的水，冷却到平均温度为30° C 的水，水已发生了改变，不同于那杯初始温度均匀，30° C 的水。
前者有较少质量，溶解气体和对流，造成温度分布不均。
这些因素亦会改变冰箱内，容器周围的环境。
下面会分别考虑这四个因素。
所以前面的那种证明是行不通的，事实上，Mpemba 效应已在很多受控实验中观察到[5,7-14]。
这种现象的发生机制，仍然没有得确切的了解。
虽然有很多可能的解释已被提出过，但到目前为止，还没有一个实验可以清晰地显示它的机制。
如果有的话，这实验就十分重要了。
你可能会听到有人很自信地说，X 是Mpemba 效应的原因。
这些说法通常都是基于猜测，或只看着小量文献的证据，而忽略其它。
当然，有根据地猜测，和选择你信赖的实验结果，是没错的。
问题是，对于什么是X，不同的人提出不同的说法。
疑问为什么现代科学不回答这个看起来很简单的结冰问题？主要的问题是，水结冰所花的时间的长短，对实验设计中的很多因素，都是很敏感的。
例子容器的形状和大小、冰箱的形状和大小、水中气体和其它杂质、结冰时间的定义，等等。
因为这种敏感性，即使有实验支持Mpemba 效应的存在，但不能支持在这些条件之外，Mpemba 效应的发生和发生的原因。
正如Firth [7] 所讲「这个问题有太多的变量，以致任何从事这项研究的实验室，一定会得出和其它实验室不同的结果。
」所以，由于做过的实验不多，而且常常在不同的实验条件下，所提出过的机制中，没有一个能很有信心地被宣称，就是「那个」机制。
在上面我们提到的那四个因素，热水冷却到冷水的初始温度，会有变化。
下面是这四个相关机制的简单描述，它们被认同能解释Mpemba 效应。
抱负不凡的的读者可以跟着那些连结，获得更完整的解释，相反的论调，和用这些机制解释不了的实验。
似乎并没有一个机制，能解释在所有情况下的Mpemba 效应，但不同的机制在不同的条件下是重要的。
1. 蒸发——在热水冷却到冷水的初温的过程中，热水由于蒸发会失去一部分水。
质量较少，令水较容易冷却和结冰。
这样热水就可能较冷水早结冰，但冰量较少。
如果我们假设水只透过蒸发去失热，理论计算能显示蒸发能解释Mpemba 效应[11]。
这个解释是可信的和很直觉的，蒸发的确是很重要的一个因素。
然而，这不是唯一的机制。
蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验，在封闭的容器，没有水蒸气能离开[12]。
很多科学家声称，单是蒸发，不足以解释他们所做的实验[5,9,12]。
2. 溶解气体——热水比冷水能够留住较少溶解气体，随着沸腾，大量气体会逃出水面。
溶解气体会改变水的性质。
或者令它较易形成对流（因而令它较易冷却），或减少令单位质量的水结冰所需的热量，又或改变凝固点。
有一些实验支持这种解释[10,14]，但没有理论计算的支持。
3. 对流——由于冷却，水会形成对流，和不均匀的温度分布。
温度上升，水的密度就会下降，所以水的表面比水底部热——叫「hot top」。
如果水主要透过表面失热，那么「hot top」的水失热会比温度均匀的快。
当热水冷却到冷水的初温时，它会有一「hot top」因此与平均温度相同，但温度均匀的水相比，它的冷却速率会较快。
能跟上吗？你可能想重看这一段，小心区分初温、平均温度，和温度。